基于深度置信网络(DBN)的赤潮高光谱遥感提取研究

赤潮是严重的海洋灾害,有效监测赤潮对于保护海洋生态环境具有重要意义。高光谱遥感具有光谱分辨率高、图谱合一等优势,适合于海洋赤潮监测。深度学习是机器学习领域的前沿,为高光谱遥感分类提供了新的思路。深度置信网络(Deep Belief Network,DBN)兼具监督分类与非监督分类的特点,通过构建DBN模型,将DBN应用于赤潮灾害遥感监测中,应用渤海机载高光谱遥感数据开展赤潮分类,以达到提取高光谱图像中赤潮水体范围的目的。通过设置对照实验,对比经典的SVM监督分类方法与ISODATA非监督分类方法,发现DBN模型在相同实验条件下具有更高的分类精度,赤潮遥感提取精度提高了3%～11%。     

利用混合光谱分解估测珠江口悬浮泥沙浓度

利用遥感技术估测水体中的悬浮泥沙的浓度已经成为一门成熟的技术,但将其应用于河口地区悬浮泥沙的监测仍然存在一些限制。限制之一是遥感数据（例如MODIS）的空间分辨率太低,不适合应用于河口等狭小水域的监测。相比较而言,Hyperion高光谱遥感数据有196个波段,覆盖400-2500nm的光谱范围,光谱分辨率为10nm,空间分辨率为30m,其高光谱分辨率及高空间分辨率,显示了其在河口水体悬浮泥沙遥感中的巨大潜力。利用2006年12月4号的Hyperion数据、同步实测的高光谱数据及悬浮泥沙浓度数据,对珠江口海域悬浮泥沙浓度进行了研究。利用混合光谱分解模型计算了珠江口悬浮泥沙浓度的分布。分析结果表明,混合光谱分解模型可以作为遥感监测水体悬浮泥沙浓度的定量模型。     

基于航空高光谱数据的近岸水体信息提取

近岸水体与人类生产、生活密切相关,航空高光谱遥感以其高分辨率、灵活等优点在环境监测中颇具潜力,尤其是在近岸水色、海岸带环境的实时监测中更具优势。基于与中国海监南海航空支队合作开展的航空高光谱遥感飞行实验资料,以湛江东海岛陆海区域为例,开展该海域水体遥感信息提取及分类研究。以不同地物遥感反射率信息为特征,通过光谱信息直方图进行了该海域水体信息提取方法探索。研究结果表明,湛江港及近海水体与陆地在近红外区域有较大区分度,直方图统计获得的最佳分离阈值可以很好地提取水体信息,但在水陆交界区域提取精度较低。在近红909.7 nm处,遥感反射率分割阈值为10.27%,水体提取精度为84%,kappa系数为0.686 2。     

浒苔水体光谱特征参量时间序列数据拟合研究

开展时间序列浒苔水体光谱特征参量的拟合研究可为寻求最佳拟合方法,从而对进一步开展大尺度的高光谱高空间高时间分辨率遥感动态实时监测具有重要的参考价值。在实验室培养3种不同浓度的浒苔水体,用ASD光谱仪测定并获取浒苔水体的时间序列反射光谱,基于反射光谱定量提取光谱特征参量,构建时间序列数据;应用曲线拟合和时间序列ARMA模型开展浒苔水体光谱特征参量的时间序列拟合研究。结果表明:应用二阶或三阶多项式和ARMA模型可较高精度地拟合浒苔水体的光谱特征参量;但时间序列ARMA模型比多项式拟合模型更能反映浒苔水体光谱特征参量的时间序列数据的分布和变动特性。该研究可为浒苔灾害动态监测业务化运行部门提供浒苔光谱数据,同时也为光谱数据的处理和分析提供一种新的方法。     

利用遥感反演悬浮泥沙浓度的方法研究

在总结国内外悬浮泥沙遥感监测的基础上,以长江南京段水域为研究区,对实测的水体光谱值与悬浮泥沙浓度回归分析,建立了悬浮泥沙浓度遥感反演模式。     

双通道高光谱地物波谱仪测量水体的遥感反射率

遥感反射率是描述水体光谱特征的重要参数之一，是海洋水色遥感的基础物理量。高光谱地物波谱仪具有通道多、覆盖波长广、通道带宽窄等优点，在水体水色特性研究方面具有独特的优势，文章在简要介绍水体遥感反射率测量原理基础上，对几个关键技术问题进行讨论，最后给出一些应用效果。     

水深可见光遥感方法研究进展

水深测量对于水利、航运、近海工程等具有重要作用。在总结国内外水体遥感测深主要方法和研究进展的基础上,对水深遥感反演中各类模型存在的问题进行了讨论。结果表明:理论解译模型模拟了光在水体内的辐射传输过程,水深反演精度较高,但模型计算需要大量的水体光学参数且计算过程烦琐;半理论半经验模型对理论解译模型进行了简化,所需水体光学参数少且具有较好的精度而被广为应用;统计相关模型通过直接建立遥感图像光谱值和实测水深之间的相关关系而获得水深数据,且计算相对简单,但由于实测水深值与遥感图像光谱值的事实相关性无法保证,使采用该类模型反演的水深结果有时并不理想。提高水深遥感反演精度,必须进一步加强遥感器研究,充分考虑水体中的溶解、悬浮物质等信息干扰,科学构建水深模型和大气校正模型。     

基于Landsat8数据的舟山群岛海域悬浮泥沙浓度遥感研究

文章利用舟山近岸海域实测水体光谱及泥沙浓度数据,分析光谱反射率与悬浮泥沙浓度的相关性,并结合Landsat8遥感数据进行该海域的悬浮泥沙浓度遥感反演。研究表明：随着水体悬浮泥沙浓度的增加,各波段的反射率相应增加,且不同波段的增幅有明显不同,水体光谱曲线存在“双峰”现象;Landsat8遥感数据的波段4与波段3的比值与悬浮泥沙浓度的相关性较好;舟山群岛海域总体处于高泥沙浓度的状态,岛屿近岸悬浮泥沙浓度明显高于开阔水域,岛屿周围的悬浮泥沙浓度呈现“西高东低”的格局;一元二次方程模型（二次模型）对舟山海域水体的悬浮泥沙浓度反演精度较其他模型（线性模型,对数模型,指数模型,幂指数模型）高;Landsat8遥感数据可用于舟山海域悬浮泥沙浓度的监测。本研究成果能为近岸海域港口建设、航道安全、环境监测等研究提供数据支持。     

东海赤潮高发区水体光谱吸收特性分析

赤潮是海洋中一种复杂的生态异常现象。赤潮的爆发、不仅严重影响近海景观,破坏水产养殖,危害人体健康,还对海洋生态平衡造成破坏,给人类造成惨重经济损失。近年来,在我国的赤潮观测记录中,赤潮的年发生次数逐渐增加,且面积不断增大,因此,对赤潮的发生发展机理及预测治理研究是科学家刻不容缓的研究课题。 赤潮发生时,赤潮生物大量聚集,使水体颜色发生明显变化,进而赤潮水体的光谱特征发生变化,且存在差异,使利用水色遥感监测赤潮成为可能,还可以用来区分赤潮种类的不同。水体光谱的变化特性(包括吸收与散射特性)是水色赤潮遥感监测的基础,是水色遥感生物光学算法开发的重要组成部分。因此对赤潮水体进行光谱吸收特性的分析研究对于发展研究海区的水色遥感生物光学算法及赤潮遥感监测方法都有重要意义。     

东海典型水体的黄色物质光谱吸收及分布特征

水体中的有色可溶性有机物(又称"黄色物质")是遥感监测水质分类的主要参数之一,研究其光谱吸收性质具有重要的实际意义。东海海区受长江冲淡水等陆源输入的影响,水体浑浊,光学性质复杂,以往对该区域CDOM吸收特征的研究相对较少。利用"九○八"我国近海海洋光学调查航次数据,获得了2006-2007年四个季节东海水体样品CDOM的光谱吸收数据,建立了包括杭州湾高浑浊水体、长江冲淡水、外海水体等东海不同水体类型的CDOM光谱模型及其典型波段的吸收系数分布情况。发现近岸受陆源输入影响大的海区其光谱性质与外海有明显区别,主要体现为近岸尤其在杭州湾附近站点短波段吸收系数值非常高,而且随波长增加吸收系数曲线衰减迅速,同时还有一定的季节变化,外海站点短波段吸收值则明显要低。这反映了CDOM的陆源输入特性,愈向外受到海水的混合稀释作用愈显著,验证了CDOM可以作为近岸海水水质监测的重要参数。对该海区内CDOM的实测荧光性质进行了相关分析,结果表明CDOM荧光与吸收系数之间有很好的线性相关关系,可以作为荧光方法遥感监测该海区CDOM的有价值的参考。     

Introduction to the airborne marine surveillance platform and its application to water quality monitoring in China

China Marine Surveillance Force was equipped with modern aerial equipments for marine lawexecute with the advantage of functioning agilely at a large scale of surveillance coverage, providing powerful all-round safeguard, which is of benefit to the harmonious and sustainable development of coastal economy. Onboard the planes, three kinds of remote sensing sensors have been installed, including a marine airborne multi-spectrum scanner (MAMS), an optical-electronic platform, and an airborne hyper-spectral system AISA+. The specifications of remote sensing platforms were introduced briefly first, then examples of water quality monitoring by airborne remote sensing were presented, including the monitoring in coastal suspended material, oil-spill and abnormal warm water, etc.     

海空重力测量技术进展

简要分析了现有三类重力测量技术手段整体发展状况及其特点,全面阐述了国际、国内海空重力测量技术的起步、发展与现状,综述了国内外主要海空重力仪的性能技术指标,介绍了国内海空重力测量系统研制与试验情况。     

机载LiDAR测深在海洋测绘中应用的可行性分析

针对海洋测绘中遇到的环境恶劣、任务繁重等情况,分析了机载Li DAR测深应用到海洋测绘中的可行性。介绍机载Li DAR测深原理、优势、典型设备,针对系统最大穿透深度、最浅探测深度、测点密度及测深精度等关键技术指标进行分析。最终得出结论,机载Li DAR测深符合海洋测绘的需求,应用到海洋测绘中是切实可行的。     

Airborne Gravimetry Survey for the Marine Area of the United Arab Emirates

The Military Survey Department (MSD) of the United Arab Emirates (UAE) undertook an airborne gravity survey project for the marine area of the country in 2009, especially to strengthen the marine and coastal geoid in the near-shore regions. For the airborne gravity survey, 5 km spacing coast-parallel flight lines were planned and surveyed. These lines were supplemented by cross-lines in order to assess the quality of the airborne gravity surveys. The flight lines were extended 10 km, spacing lines further offshore. A Beech King Air 350 aircraft was used for the surveys, collecting data at a typical flight speed of 170 knots and a typical flight elevation of 900–1500 m, depending on weather conditions and topography. Gravity was measured with a ZLS-modified LaCoste and Romberg gravimeter (S-99), augmented with a Honeywell strap-down inertial navigation system unit. The estimated accuracy for the airborne gravity data is better than 2.0 mGal r.m.s., as judged from the airborne track crossovers. The new airborne gravimetry data changed the UAE coastal geoid by up to 30 cm in some regions, highlighting the importance of airborne gravity coastal surveys.     

基于同步风场的机载SAR海浪参数反演方法

针对机载合成孔径雷达(SAR)对海探测特点,采用多入射角法从SAR数据本身得到与海浪参数反演区域时空匹配的同步海面风速和风向,并结合线性变换关系,计算得到海浪初猜谱对应的仿真SAR图像谱,将仿真SAR图像谱和观测SAR图像谱输入代价函数中进行迭代运算,通过非线性方程的解算得到最适海浪谱;采用交叉谱法去除海浪传播180°方向模糊,最终得到海浪参数。论文提出的基于同步风场的机载SAR海浪参数反演方法,充分利用了机载SAR海洋环境探测的优势,解决了传统SAR海浪参数反演中初猜谱构造依赖外部风场的问题,机载同步飞行试验的海浪参数反演结果与浮标观测值的有效波高、波向的均方根误差分别为0.23 m和13.23°,验证了该方法的有效性,可为机载SAR海浪参数反演业务化提供支持。     

多模式小卫星SAR机载挂飞试验的飞行路线规划与雷达参数设计

多模式小卫星SAR(synthetic aperture radar,合成孔径雷达)是一种搭载于小卫星平台的新体制雷达系统,它集SAR、散射计、高度计、波谱仪4种遥感器的优势于一身.它可以根据需求分时实现几种工作模式的切换,可兼顾对海洋目标和海洋动力环境的高精度测量.由于卫星发射存在诸多不确定因素,为了在卫星发射前对多...     

海洋航空物探数据库建设进展

本着“不搞重复建设,海陆统筹”的思想设计了航空重力数据库表结构,与航磁总场、航磁梯度、航电、航空伽玛能谱一起建成了统一的航空物探数据库,实现“海陆一张图”的航空物探勘查全过程数据的管理。基于GeoProbe平台,采用插件技术和WebGIS技术研发数据服务软件,与完善后的数据库数据采集软件、航空物探遥感资料目录服务系统,构成一体化的航空物探数据管理服务体系。采取规范的数据整理流程和严格的数据质量检查措施,入库更新了渤海、黄海等约3.5万km2的海洋航空重力数据,形成覆盖渤海、黄海、东海、南海南部及海岸带约497万km2的海洋航空物探数据库,可提供全海域一张图的系列服务产品,从而为基础调查项目的工作部署、数据处理及成果解释、报告编写等工作提供基础资料及成果信息共享和服务。     

应用于无人直升机海洋航空磁力测量的机载GPS定位系统

无人直升机海洋航空磁力测量工作需要为磁力数据提供精确的位置和高程.根据无人直升机海洋航空磁力测量的实际工作环境和对定位精度的要求,设计了该机载单频GPS定位系统,并进行了模拟试验和野外试验,处理GPS数据采用商业软件.试验结果表明:该机载GPS定位系统满足定位精度要求,可应用于无人直升机海洋航空磁力测量.     

海空重力测量技术体系构建与研究若干进展(一):需求论证设计与仪器性能评估技术

简要分析介绍了海洋重力场信息的应用价值、海空重力测量技术的科学含义、研究内容、体系架构和研究目标,重点分析评述了作者所在研究团队在海空重力测量技术体系建设领域取得的一些有理论意义和实用价值的研究成果,主要从各项关键技术的研究背景、研究思路、难点突破、成果应用前景等几个方面进行了分析和总结,回答了该研究领域涉及理论方法和工程应用的一系列科学问题。其目的之一是向读者成体系地推荐我们多年积累的研究成果,目的之二是想借此机会通过回顾和梳理研究团队的发展轨迹和科学感悟,在新的起点上定位未来的发展方向、发展目标和发展思路。分三个部分进行介绍,本文为第一部分,主要涉及需求论证设计和仪器性能评估两个领域的研究成果。     

激光扫描测量技术在海洋测量领域中的应用及技术发展趋势

介绍了空载激光扫描测量技术的发展历程和目前国内外的相关技术现状。重点介绍了国外该技术在海洋领域的成功应用,结合目前技术发展现状和社会发展需求,展望了空载激光扫描测量技术未来发展的趋势,并对我国在该技术领域的发展给出了建议。